توضع مستشعرات الحرارة بالألياف الضوئية عادةً في مواضع مختارة من الملفات يُتوقع أن تبلغ أعلى درجات حرارة التشغيل أو النقاط الساخنة الحرارية. وتعتمد المواضع الدقيقة على تصميم المحول وهندسة الملفات وترتيب التبريد وتوزيع تيار الموصلات وبنية العزل والتصميم الحراري للمحول.
في المحوّلات المغمورة بالزيت، تُدمج مجسّات الألياف الضوئية عادةً في بنية الملف أو توضع داخلها أثناء التصنيع، قرب مواضع مختارة من الموصل أو النقاط الساخنة في الملف. أما في المحوّلات الجافة، فقد توضع المجسّات في مواضع مختارة أو داخل أجزاء متاحة من الملف، بحسب بنية المحوّل.
في الاستشعار النقطي الفلوري بالألياف الضوئية، يقيس المجس الواحد نقطة حرارة محددة وينقل الليف الإشارة بعيدًا عن الملف إلى جهاز مراقبة. ولا يوجد موضع ثابت وعام للتركيب؛ إذ يحدده مصمم المحوّل أو مصنعه وفق التصميم الحراري وبنية الملفات.
أين تُركّب عادةً حساسات الحرارة بالألياف الضوئية داخل ملفات المحوّلات؟
قد تشمل مواضع تركيب مستشعرات حرارة ملفات المحولات نقاطًا ساخنة مختارة ومواقع قرب موصلات يُتوقع أن تعمل بحرارة أعلى ومناطق علوية من الملفات قد تكون أشد حرارة في بعض التصاميم ومواضع وسطى أو سفلية مختارة للتحقق الحراري. وقد توضع المستشعرات أيضًا في ملفات الجهد العالي أو المنخفض أو في أقسام محددة أشارت إليها الحسابات الحرارية أو خبرة التصميم.
قد تكون المناطق العليا من الملف مهمة في كثير من التصاميم بسبب تفاعل الفواقد وتدفق الزيت والتبريد، لكن الموضع الفعلي للنقطة الساخنة يختلف باختلاف تصميم الملف والتبريد. ولا ينطبق موضع واحد على جميع المحوّلات؛ لذلك ينبغي أن يستند التركيب دائمًا إلى التصميم الحراري المحدد لا إلى قاعدة عامة.
لماذا يوضع الحساس عادةً قرب نقطة ساخنة في الملف؟
تتمثل إحدى أهم مزايا قياس حرارة الملفات مباشرةً في التقاط الحرارة الفعلية عند منطقة مختارة يُتوقع أن تكون ساخنة، بدلًا من قيمة تقديرية. وتتأثر نقطة الملفات الساخنة بكثافة التيار وفواقد الموصل والفواقد الشاردة وكفاءة التبريد ودوران الزيت وهندسة الملف وبنية العزل.
لذلك ينبغي أن يمثل موضع الحساس نقطة قياس حرارية ذات معنى، لا مجرد موضع يسهل الوصول إليه. واختيار نقطة تتوافق مع السلوك الحراري المتوقع للمحوّل هو ما يجعل القياس مفيدًا لمراقبة النقطة الساخنة في الملفات.
هل تُركب المستشعرات دائمًا في أعلى الملف؟
لا. قد تكون المنطقة العلوية مهمة حراريًا في بعض تصاميم المحولات، لكن موقع النقطة الساخنة ليس ثابتًا دائمًا في أعلى الملف. ويتوقف الموقع الفعلي على نوع الملف وتدفق الزيت وقنوات التبريد وترتيب الموصلات وتوزيع الحمل وطريقة تبريد المحول.
لذلك يضع بعض مصنعي المحوّلات المجسّات على ارتفاعات متعددة من الملف بدلًا من الاعتماد على نقطة قياس واحدة في أعلاه، ما يتيح رصد توزيع الحرارة على امتداد الملف بدلًا من افتراضه.
هل ينبغي تركيب الحساسات في ملف الجهد العالي أم المنخفض أم كليهما؟
يعتمد ذلك على تصميم المحوّل وأهداف المراقبة. فقد يغطي النظام ملف الجهد العالي أو المنخفض أو كليهما، أو أطوارًا مختارة أو أجزاءً محددة من الملفات، بحسب السلوك الحراري المحسوب وتيار الملف وهندسة الموصل وظروف التبريد وتصنيف المحوّل وهدف المراقبة.
لا توجد قاعدة عامة تنص على أن ملف الجهد العالي أو المنخفض أسخن دائماً؛ فهذا يختلف وفق تصميم المحول، وينبغي أن يستند القرار إلى التحليل الحراري الخاص بتلك الوحدة.
لماذا تُستخدم مواضع متعددة للمستشعرات؟
لا تمثل نقطة حرارة واحدة حالة الملف بأكمله. وتُستخدم نقاط استشعار متعددة لتغطية أطوار وارتفاعات ملفات مختلفة ومواضع ملفات الجهد العالي والمنخفض ومناطق حرارية متنوعة ومواقع النقاط الساخنة المختارة أثناء تصميم المحول.
وهذا أساس المراقبة الحرارية متعددة النقاط؛ إذ يقابل كل مسبار نقطي بالألياف الضوئية عادةً قناة قياس واحدة في جهاز مراقبة حرارة متعدد القنوات، ما يتيح رصد مواضع متعددة من الملفات في الوقت نفسه.
المواضع المعتادة لمستشعرات الألياف الضوئية في المحول
| منطقة القياس | سبب إمكانية مراقبته | اعتبار الاختيار |
|---|---|---|
| منطقة الملف العلوية | منطقة محتمل أن ترتفع حرارتها في بعض التصاميم | التبريد وتصميم الملفات |
| منطقة منتصف الملف | التحقق من ملف درجات الحرارة | هندسة الملف وتدفق الزيت |
| المنطقة السفلى من الملف | مراقبة التوزيع الحراري | مسار التبريد وبنية الملف |
| ملف الجهد العالي | نقطة مراقبة كهربائية / حرارية مختارة | التصميم الحراري للمحول |
| ملفات الجهد المنخفض | نقطة مراقبة حرارية مختارة | التيار وبنية الملفات |
| أطوار مختلفة | مقارنة السلوك الحراري للأطوار | ترتيب أطوار المحول |
| أقسام متعددة من الملفات | إنشاء صورة حرارية أكثر اكتمالًا | قنوات المراقبة المتاحة |
هذه مواضع قياس محتملة، وليست مواقع إلزامية للمستشعرات في كل محول.
أين يوضع طرف المسبار؟
ينبغي عمومًا وضع طرف الاستشعار قريبًا من موضع قياس الملفات المختار. وقد يكون ذلك، بحسب تصميم المحول، بين موصلات الملفات وبنية العزل أو داخل فاصل أو قناة مستشعر محددة أو بجوار موصل مختار أو في موضع قياس مصمم داخل الملف.
يحدد مصنع المحول مسافات التثبيت وطرق الضغط ومسافات العزل ضمن تصميم الملف. ويوجه الليف الضوئي بعيداً عن نقطة الاستشعار عبر مسار محمي مصمم لبنية الملف، كما يُشرح بمزيد من التفصيل في كيفية اختيار طول الليف المناسب لمستشعر الحرارة بالألياف الضوئية.
متى تُركب مستشعرات الألياف الضوئية في ملفات المحول؟
في تطبيقات ملفات المحولات الزيتية، تُدمج المجسّات عادةً أثناء تصنيع المحول أو تجميع الملفات. وبعد اكتمال اللف وتركيب العزل وإغلاق الخزان، تصبح إمكانية الوصول إلى الملفات الداخلية محدودة للغاية.
لهذا السبب، يُخطط عادةً لمواضع الحساسات ومسارات الألياف أثناء تصميم المحوّل وتصنيعه، لا بعد ذلك في الموقع.
هل يمكن إضافة مستشعرات ألياف ضوئية إلى محول قائم؟
يعتمد الأمر على ما يُراد قياسه. ففي قياس حرارة الملفات داخليًا، لا يمكن عادةً إضافة حساسات ببساطة إلى ملفات محوّل مغمور بالزيت اكتمل تصنيعه، لأن تركيب الحساس الداخلي يتطلب الوصول المادي إلى بنية الملفات أثناء التجميع.
أما مراقبة المحول بعد التصنيع فقد تشمل نقاط حرارة متاحة مثل الزيت العلوي أو درجات حرارة أخرى يمكن الوصول إليها. ولا ينبغي الخلط بين مراقبة هذه النقاط في تحديث لاحق وبين استشعار الحرارة داخل الملفات، الذي يُخطط له في مرحلة التصنيع.
مواضع الحساسات في المحوّلات المغمورة بالزيت
في المحولات المغمورة بالزيت، ينبغي وضع مسبار الاستشعار في المواقع المختارة أثناء التصميم الحراري للمحول، مع مراعاة قنوات تبريد الملفات وتدفق الزيت، وتوجيه الليف نحو فتحة عبور مناسبة في المحول ثم إلى جهاز المراقبة الخارجي.
يُشرح نهج القياس المباشر لحرارة الملفات بمزيد من التفصيل في كيف تُقاس حرارة ملفات المحوّل؟، ويُعرض التطبيق بأكمله في مراقبة حرارة المحوّلات صفحة.
مواضع الحساسات في المحوّلات الجافة
تختلف مواضع الحساسات في المحوّلات الجافة عنها في المحوّلات المغمورة بالزيت. وبحسب بنية المحوّل، قد توضع المجسّات على ملف طور أو سطح الوشيعة أو داخل منطقة من الملف أو عند موصل أو جزء مختار منه أو قرب موضع وحدة التحكم الحرارية.
يمكن وضع مجسّات الألياف الضوئية في مواضع مختارة من الملفات عندما يفيد الاستشعار البصري المباشر أو العزل الكهربائي أو مقاومة التداخل الكهرومغناطيسي. وتُستخدم مستشعرات PT100 في كثير من أنظمة التحكم بحرارة المحولات الجافة، بينما يمكن النظر في مستشعرات الألياف الضوئية عند الحاجة إلى القياس البصري المباشر أو العزل أو ظروف قياس خاصة بالجهد العالي.
كم مستشعر ألياف ضوئية يلزم لملفات المحول؟
يعتمد عدد المستشعرات المطلوب على عدد الأطوار وعدد الملفات الخاضعة للمراقبة وعدد ارتفاعات الملفات موضع الاهتمام وهدف المراقبة وحجم المحول وتصميمه الحراري وقنوات المراقبة المتاحة.
تستخدم أنظمة الألياف الضوئية للمحوّلات المغمورة بالزيت غالبًا تهيئات متعددة القنوات مثل 6 أو 8 أو 9 أو 12 أو 16 قناة، بينما قد تستخدم أنظمة المحوّلات الجافة عادةً 3 أو 4 أو 6 أو 7 قنوات. وهذه تهيئات شائعة للنظام وليست أعدادًا إلزامية للمجسّات؛ إذ ينبغي أن يطابق العدد الفعلي نقاط القياس المحددة للمحوّل المعني.
هل يحتاج كل مستشعر إلى قناة مراقبة خاصة به؟
نعم. يستخدم كل مسبار استشعار فعال عادةً قناة قياس واحدة في نظام المراقبة النقطي بالألياف الضوئية. فمثلًا، تتطلب ست نقاط مختارة من الملفات ست قنوات مستشعر فعالة في جهاز المراقبة.
إذا كان متوقعاً التوسع مستقبلاً، فيمكن اختيار جهاز مراقبة بسعة قنوات أكبر مسبقاً. ويُشرح تخطيط القنوات بمزيد من التفصيل في كم قناة تحتاج إليها لمراقبة الحرارة بالألياف الضوئية؟.
كيف يؤثر تصميم المحوّل في مواضع الحساسات؟
يتأثر موضع المستشعر مباشرةً بعدة جوانب في تصميم المحول، منها:
- هندسة الملفات
- بنية الملف القرصي أو الطبقي أو المصنوع من رقائق
- قنوات التبريد واتجاه تدفق الزيت
- تصميم العزل
- ترتيب الموصلات
- موضع ملفات الجهد العالي / المنخفض
- ترتيب الأطوار
- التوزيع الحراري المتوقع
ينبغي أن يتبع موضع المستشعر التصميم الحراري للمحول، لا رسمًا عامًا يطبق على كل وحدة.
قياس حرارة الملفات مباشرةً مقارنةً بتقديرها
| الطريقة | ما الذي يمثله؟ | الاستخدام المعتاد |
|---|---|---|
| مستشعر ألياف ضوئية مضمّن | الحرارة الفعلية عند نقطة مختارة مادياً في الملف | مراقبة حرارة الملفات مباشرةً |
| مؤشر حرارة الملفات | حرارة ملفات محسوبة / محاكاة وفق حرارة الزيت والحمل، بحسب تصميم النظام | مراقبة المحول التقليدية |
| طريقة المقاومة | متوسط حرارة الملفات | اختبار المحول |
| مستشعر حرارة الزيت | حرارة زيت المحوّل | مراقبة الحالة الحرارية للزيت |
يقيس مسبار الألياف الضوئية درجة الحرارة عند نقطة الاستشعار المختارة بدقة. ولا يمثل متوسط حرارة الملف بأكمله، ولا يعرض تلقائياً أعلى حرارة في جميع مواضع الملف.
ما خصائص نقطة القياس الجيدة لحرارة الملفات؟
ينبغي أن تمثل نقطة قياس حرارة الملفات الجيدة موضعاً مهماً حرارياً، وأن تتوافق مع التحليل الحراري للمحول أو خبرة تصميمه، وأن تكون مناسبة ميكانيكياً لدمج المستشعر، وأن تتيح توجيهاً محمياً لليف، وأن توفر معلومات مفيدة للمراقبة المستمرة.
حدود المواضع والتغطية
1. افتراض أن موضع النقطة الساخنة واحد في جميع المحوّلات. يختلف موضعها حسب تصميم الملف والتبريد، فلا تنقل موقعًا من مشروع آخر.
2. تركيب المستشعر في الموضع الأسهل فقط. فالموقع المريح لا يمثل دائمًا نقطة مهمة حراريًا.
3. استخدام نقطة قياس واحدة لتمثيل كل الملفات والأطوار. لا يستطيع حساس واحد وصف حالة المحوّل بأكمله.
4. اختيار مواضع المجسّات دون مراعاة مسار الليف. ينبغي أن يسمح موضع الاستشعار أيضًا بمسار عملي ومحمي إلى منفذ العبور.
5. اختيار عدد الحساسات قبل تحديد نقاط قياس الملفات المطلوبة. ينبغي أن يتبع عدد القنوات خطة القياس لا العكس.
ما المعلومات المطلوبة قبل اختيار مواضع المستشعرات؟
- نوع المحول
- مغمور بالزيت أو جاف
- تصنيف المحول
- عدد الأطوار
- بنية ملفات الجهد العالي / المنخفض
- بنية الملفات
- منطقة النقطة الساخنة المتوقعة
- عدد نقاط القياس
- ارتفاعات القياس
- عدد المجسّات
- مسار توجيه الألياف
- طول الليف
- موضع ممر العبور
- موضع جهاز المراقبة
- عدد القنوات المطلوبة
- خرج الاتصال المطلوب